JP4073719B2 - Method for driving an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
技術分野
この発明は第一に特許請求項1の前提文に記載の内燃機関を駆動する方法に関し、第二に特許請求項5の前提文に記載の内燃機関に関する。
【0002】
従来技術
排気ガス駆動ターボコンプレッサーを持つターボエンジンにおいて、エンジンの性能はターボコンプレッサーの作動範囲に大きく依存している。ターボコンプレッサーの排気ガスタービン及びそれに導く排気ガスダクトは通常高回転及び高エンジン負荷で発生される高排気ガス流のための寸法に合わせて作られている。しかし、これは低回転及び少ない排気ガス流では排気ガスエネルギーが排気ガスタービンへの道中で失われることを意味し、それによりターボコンプレッサーの効率を損なう。
【0003】
低回転でのターボコンプレッサーの良好な性能を達成可能とするために、エネルギーロスを減らす観点で小さなタービン及びそれへのパイプの小さな寸法を用いることが望ましい。しかし、これは高排気ガス流に関して不利を引き起こす。なぜなら小さな寸法は空気供給問題を伴って、排気ガス流の絞り及び排気ガスパイプ内の高逆圧をもたらすからである。
【0004】
特に四気筒ターボエンジンにおいて、二つの同じ寸法の入口を持つ排気ガスタービンを用いること及び二つのシリンダーを各入口に連結することが知られており、これらのシリンダーは吸気シリンダーが常に排気ガス送出シリンダーから分離されるような方法で連結されている。四気筒直列エンジンの場合において、二つの外側シリンダーは従って通常同じタービン入口に連結されており、一方二つの中央寄りシリンダーは別のタービン入口に連結されている。必要な調整可能性を得るために、各入口に配置された逃しゲート弁があり、これがタービンの複雑性を増す。排気ガスタービンへの二つの入口ダクトはここでは低回転及び少排気ガス流での効率の損失を伴いながら、大きな排気ガス流のために設計された同じ寸法を持つ。
【0005】
これを考慮すれば、改善された解決策は排気ガスタービンへの排気ガス送出に関して必要である。
【0006】
発明の目的
この発明の目的は排気ガスタービンへの改善された排気ガス送出を完成することである。別の目的は簡単な解決策を完成することである。
【0007】
発明の概要
この発明の目的は第一に特許請求項1に記載の特別な機能を持つ内燃機関を駆動するための方法の使用により達成され、第二に特許請求項5に記載の特別な機能を持つ内燃機関の使用により達成される。
【0008】
各シリンダーにおいて、別々に賦活されることのできる弁の間で排気ガス送出を分けることにより、低回転でも同時に制限された寸法の排気ガスタービンを用いながら、排気ガスタービンへの全送出をそれらのシリンダー内の唯一の弁を介してかつ高回転の場合より狭いパイプを介して行わせることが可能となる。他方で高回転及び大排気ガス流では、全排気ガス弁及び大きなダクトが十分に大きな排気ガスタービンを駆動するのに使用される。
【0009】
排気ガスタービンはこの場合二つの入口(inlets)、すなわち全回転で使用される入口と高回転で補助として使用される別の入口、を便宜上持つことができる。別の可能性は二つの別個の排気ガスタービン、すなわち常に連結されている小さなものと高回転及び大排気ガス流でのみ連結される大きなもの、を用いることである。
【0010】
このようにして排気ガス送出を回転数及び排気ガス流の大きさの関数として制御することにより、特定の運転状況により適した排気ガスタービンの寸法とその入口ダクトを用いることが可能となる。
【0011】
この発明による解決策に関して更なる特別の機能及び利点を説明及び他の特許請求項から知ることができる。
【0012】
この発明が以下に添付図面に示された例示的実施例に関してより詳細に説明される。
【0013】
図面の説明
図面において:
図1は排気ガス駆動スーパーチャージャーを備えた、この発明による内燃機関を示し、
図2−3は種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示し、
図4は排気ガスタービンの別の実施例を通した断面を示し、そして
図5は図1に示したスーパーチャージャーの変更例を示す。
【0014】
例示的実施例の説明
図1はこの発明により実現されたオットー形式の多気筒内燃機関1を図式表現で示す。エンジンシリンダーはそれぞれ少なくとも二つの排気ガス弁2,3を持ち、そこでは各シリンダーの第一排気ガス弁2は第一排気マニホールド4に連結され、各シリンダーの第二排気ガス弁3は第二排気マニホールド5に連結されている。二つの排気マニホールド4,5はそれぞれ第一排気ガスパイプ6と第二排気ガスパイプ7を介してスーパーチャージャー8中に合体し、それによりチャージ空気は既知態様で空気パイプ9を介してエンジン1に供給される(ここには詳細には示されていない)。エンジンからの排気ガスにより駆動されたスーパーチャージャー8は入口10を介して空気を供給され、排気ガスのためを意図した排気ガス出口11を持ち、排気ガスは触媒12及びエンジンの排気システム内の他の通常の要素(ここでは詳細に示されていない)を介して通常の態様でエンジンから導き出される。
【0015】
スーパーチャージャー8は多数の異なる方法で実現されることができ、その幾つかは以下に説明される。図1に示された実現化の場合、スーパーチャージャー8は排気ガスタービン13とそれにより駆動されるコンプレッサー14を持つシングルターボコンプレッサーにより構成される。二つの排気ガスパイプ6と7はここでは一つのかつ同じ排気ガスタービン13中に合体する。
【0016】
かかる排気ガスタービン13のより詳細な実現化は図2−3から見ることができる。第一排気ガスパイプ6が合体する第一入口15は第一ダクト16に導かれ、そこから排気ガスは排気ガスタービンのタービンホイール17に達することができそれを駆動する。対応して、第二排気ガスパイプ7が合体する第二入口18は第二ダクト19に導かれ、そこから排気ガスはタービンホイール17に達することができる。第二ダクト19からタービンホイール17への排気ガス流の調節のために、弁20があり、そこでは管状弁体21が軸方向に変位可能でありそれにより図2に示された閉鎖位置から図3に示された完全開位置まで弁の開口度を変えることができる。弁20内の半径方向に逃しゲート弁22があり、そこでは管状弁体23が連続線により示された閉鎖位置から破線により図3に示された開位置まで軸方向に変位可能であり、排気ガスの希望の割合がタービンホイール17を駆動することなくそれを素通りすることができ、それによりコンプレッサー14を調節する役目をする。
【0017】
図4に排気ガスタービン13が図2−3より幾らか異なる実現化で示されている。前記の如く、第一排気ガスパイプ6に連結された第一入口15と、第二排気ガスパイプ7に連結された第二入口18がある。通常の形式の逃しゲート弁22がここでは第二の大きな入口18内に置かれ、タービンホイール17への排気ガス流を減らすために開かれることができる。この逃しゲート弁22はそれに代えて第一の小さな入口15内に置かれてもよく、またはかかる逃しゲート弁はまた二つの入口15,18のそれぞれに存在させることもできる。
【0018】
図1−4に記載されたエンジン1は次の如く機能する。第一排気ガス弁2は定常的に作動するように配置され、一方第二排気ガス弁3は高回転及び大きな排気ガス流でのみ作動するように配置される。これは第二排気ガス弁3が弁が賦活され希望により奪活されることができる機構により駆動されることにより達成される。多数のかかる機構が今や当業者にとって商業的に入手可能であり、従ってこれに関して実現化のより詳細な説明は提供されない。低回転及び少排気ガス流では、第一排気ガス弁2のみが従って作動される。第一排気ガス弁2を介して放出された排気ガスのエネルギーロスを制限するために、これらの弁から第一入口15を介して排気ガスタービン13まで及びその中へのパイプ寸法は比較的小さい。一旦回転数及び負荷が予め規定されたレベルに上ったら、第二排気ガス弁3及び弁20がまた排気ガスタービン13により多くの排気ガスを供給するために賦活される。この増加した排気ガス流を取扱うために、第二排気ガス弁3から第二入口18を介して排気ガスタービン13まで及びその中へのパイプ寸法は第一排気ガス弁2からより大きくすることができる。必要なときは、コンプレッサー14のチャージ圧力は逃しゲート弁22を操作して調整されることができ、それにより排気ガスの希望の量をガスタービンを駆動することなくそれを通過させて導かせることができる。
【0019】
第二排気ガス弁3の調整可能性はまたこれらの弁に対し第一排気ガス弁2のそれより異なる開放の長さを持たせることを可能とする。第二排気ガス弁3に第一排気ガス弁2より長くて、できるだけ大きな保持された開口を持たせることにより、高負荷及び高回転での非常に効果的な排気ガス送出が可能となる。
【0020】
スーパーチャージャー8の変更例が図5に示されている。第一排気ガスパイプ6はここでは専用のターボコンプレッサー25に連結され、また第二排気ガスパイプ7は大きな排気ガス流を取扱うことができるようにターボコンプレッサー25より大きいものであることができる専用のターボコンプレッサー26に連結されている。第一ターボコンプレッサー25の排気ガスタービン27及び第二ターボコンプレッサー26の排気ガスタービン28から、排気ガスは排気ガス出口11に放出される。同様に、空気はコンプレッサー29と30から(そこでは後者は前者より大きいものであることができる)空気パイプ9に、そしてそこからエンジンに供給される。二つのターボコンプレッサー25と26はここでは便宜的に標準的に実現化されているが、明らかにされた如く、恐らく異なる寸法のものである。一方または両者が通常の態様でチャージ圧力を調節するための逃しゲート弁を持つことができる。
【0021】
図1−4に示された形式のスーパーチャージャー8であって排気ガスタービン13が二つの入口を持つものが四気筒エンジンと組み合わされるとき、低回転及び高負荷でシリンダーの有利なブロークリーニングを得るためにかかるエンジンの特別の特性を利用することが可能となる。これは第一排気ガス弁2を賦活及び奪活することができるようにすることにより、そして低回転では、二つの外側シリンダーをそれらのそれぞれの第一排気ガス弁2を介して第一入口15に連結させ、一方二つの中間シリンダーはその代わりにこれらのシリンダーの第一排気ガス弁2の閉鎖及び第二排気ガス弁3の開放を通して第二入口18に連結されることにより達成される。他の運転状態への変更の場合に、二つの中間シリンダーの排気ガス弁2と3の保持された開放が二つの外側シリンダーに対するのと同じになるように続いて変えられることができる。
【0022】
異なる方法で異なる排気ガス弁を賦活し奪活する可能性の結果として、エンジンの運転状態は従って要求と希望に応じて種々様々な方法で影響されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガス駆動スーパーチャージャーを備えた、この発明による内燃機関を示す。
【図2】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示す。
【図3】種々な作動位置の排気ガスタービンの一実施例を通した断面を示す。
【図4】排気ガスタービンの別の実施例を通した断面を示す。
【図5】図1に示したスーパーチャージャーの変更例を示す。[0001]
TECHNICAL FIELD The present invention relates firstly to a method for driving an internal combustion engine according to the preamble of
[0002]
Prior art In a turbo engine having an exhaust gas driven turbo compressor, the performance of the engine greatly depends on the operating range of the turbo compressor. Turbocompressor exhaust gas turbines and exhaust gas ducts leading to them are usually sized for high exhaust gas flows generated at high speeds and high engine loads. However, this means that at low rpm and low exhaust gas flow, exhaust gas energy is lost on the way to the exhaust gas turbine, thereby compromising the efficiency of the turbo compressor.
[0003]
In order to be able to achieve good performance of a turbo compressor at low revolutions, it is desirable to use small turbines and small pipe dimensions to reduce energy loss. However, this causes disadvantages with respect to high exhaust gas flows. This is because small dimensions, with air supply problems, result in exhaust gas flow restriction and high back pressure in the exhaust gas pipe.
[0004]
It is known to use an exhaust gas turbine with two identically sized inlets, especially in a four-cylinder turbo engine, and to connect two cylinders to each inlet, where the intake cylinder is always an exhaust gas delivery cylinder. Are connected in such a way that they are separated from each other. In the case of a four-cylinder in-line engine, the two outer cylinders are therefore usually connected to the same turbine inlet, while the two central cylinders are connected to another turbine inlet. In order to obtain the necessary adjustability, there is a relief gate valve located at each inlet, which increases the complexity of the turbine. The two inlet ducts to the exhaust gas turbine have the same dimensions designed for a large exhaust gas flow, here with a loss of efficiency at low rotation and low exhaust gas flow.
[0005]
In view of this, an improved solution is necessary for exhaust gas delivery to the exhaust gas turbine.
[0006]
Object of the invention The object of the invention is to complete an improved exhaust gas delivery to an exhaust gas turbine. Another purpose is to complete a simple solution.
[0007]
Summary of the invention The object of the invention is achieved firstly by the use of a method for driving an internal combustion engine with special functions as claimed in
[0008]
By separating the exhaust gas delivery between the valves that can be activated separately in each cylinder, the total delivery to the exhaust gas turbines can be reduced while using an exhaust gas turbine of limited size at the same time even at low revolutions. It is possible to do this through a single valve in the cylinder and through a narrower pipe than at high speeds. On the other hand, at high rpm and large exhaust gas flow, all exhaust gas valves and large ducts are used to drive a sufficiently large exhaust gas turbine.
[0009]
The exhaust gas turbine can in this case conveniently have two inlets: an inlet used at full speed and another inlet used as an auxiliary at high speed. Another possibility is to use two separate exhaust gas turbines, a small one that is always connected and a large one that is connected only at high rpm and large exhaust gas flow.
[0010]
By controlling the exhaust gas delivery as a function of the rotational speed and the exhaust gas flow in this manner, it becomes possible to use the dimensions of the exhaust gas turbine and its inlet duct that are more suitable for a particular operating situation.
[0011]
Further special features and advantages of the solution according to the invention can be taken from the description and the other claims.
[0012]
The invention will now be described in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.
[0013]
Description of the drawings <br/> In the drawings:
FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention with an exhaust gas driven supercharger,
2-3 shows cross sections through one embodiment of an exhaust gas turbine in various operating positions;
FIG. 4 shows a cross section through another embodiment of the exhaust gas turbine, and FIG. 5 shows a modification of the supercharger shown in FIG.
[0014]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS FIG. 1 shows in schematic representation an Otto-type multi-cylinder
[0015]
The supercharger 8 can be implemented in a number of different ways, some of which are described below. In the realization shown in FIG. 1, the supercharger 8 is constituted by a single turbo compressor having an
[0016]
A more detailed realization of such an
[0017]
FIG. 4 shows the
[0018]
The
[0019]
The adjustability of the second
[0020]
A modification of the supercharger 8 is shown in FIG. The first exhaust gas pipe 6 is here connected to a
[0021]
When a supercharger 8 of the type shown in FIGS. 1-4, in which the
[0022]
As a result of the possibility of activating and deactivating different exhaust gas valves in different ways, the operating conditions of the engine can thus be influenced in a variety of ways depending on demand and desire.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an internal combustion engine according to the invention with an exhaust gas driven supercharger.
FIG. 2 shows cross sections through one embodiment of an exhaust gas turbine in various operating positions.
FIG. 3 shows cross sections through one embodiment of an exhaust gas turbine in various operating positions.
FIG. 4 shows a cross section through another embodiment of an exhaust gas turbine.
FIG. 5 shows a modification of the supercharger shown in FIG.
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